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bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)范文第1篇

關(guān)鍵詞 bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)挖掘 最速下降法 函數(shù)逼近 模式識別

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1研究背景

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種多層的前饋網(wǎng)絡(luò)而且它的學(xué)習(xí)算法是一種誤差逆向傳播算法。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前研究最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。由于其結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強、具有較好的自學(xué)習(xí)能力、能夠有效地解決非線性目標(biāo)函數(shù)的逼近問題等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于自動控制、模式識別、圖像識別、信號處理、預(yù)測、函數(shù)擬合、系統(tǒng)仿真等學(xué)科和領(lǐng)域中。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理

2.1概述

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種反向傳播誤差算法然后訓(xùn)練的一個多層前饋網(wǎng)絡(luò)，簡稱為BP算法，它應(yīng)用在已被開發(fā)出來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，到目前為止是應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)模型之一。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)并且存儲非常多的輸入模式與輸出模式之間的映射關(guān)系，卻無需在學(xué)習(xí)和存儲前事先揭示并描述輸入輸出間的映射關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方程。它使用最速下降法，通過對輸出誤差的反向傳播，獲得不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)系數(shù)和閾值的信息，最終使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平方誤差最小，達(dá)到期望要求。

2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一個三層網(wǎng)絡(luò)，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可被劃分為：輸入層、輸出層、隱含層。其中輸入層與輸出層具有更重要的意義，因此它也可以為兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（把隱含層劃入輸入層或者把隱含層去掉）。每層都由許多簡單的能夠執(zhí)行并行運算的神經(jīng)元組成，這些神經(jīng)元與生物系統(tǒng)中的那些神經(jīng)元非常類似，但其并行性并沒有生物神經(jīng)元的并行性高。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個前饋網(wǎng)絡(luò)，因此它具有前饋網(wǎng)絡(luò)所具有的特性：相鄰兩層之間的全部神經(jīng)元進(jìn)行互相連接，而處于同一層的神經(jīng)元不能進(jìn)行聯(lián)接。

2.3 BP算法原理

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理是把一個輸入矢量經(jīng)過隱含層的一系列變換，然后得到一個輸出矢量，從而實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)間的一個映射關(guān)系。輸入信息的正向傳播，以及輸出誤差的反向傳播，構(gòu)成了 BP網(wǎng)絡(luò)的信息循環(huán)。BP算法根據(jù)輸出誤差來修改各神經(jīng)元連接的連接權(quán)系數(shù)，其目的是使輸出誤差達(dá)到預(yù)計范圍內(nèi)。BP網(wǎng)絡(luò)需要實際輸出與期望輸出之間的誤差來確定是否要修改神經(jīng)元連接的連接權(quán)系數(shù)。其中，期望輸出便是該網(wǎng)絡(luò)意義上的“導(dǎo)師”。BP網(wǎng)絡(luò)具有對稱性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在輸出端的每一個處理單元基本上都具有一個相同的激勵函數(shù)。

BP算法由正向傳播和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，輸入信息從輸入層經(jīng)隱層單元處理后，傳至輸出層。每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)。如果在輸出層得不到期望輸出，就轉(zhuǎn)為反向傳播，即：把誤差信號沿連接路徑返回，并通過修改各層神經(jīng)元之間的連接權(quán)值，使誤差信號最小。

具體的算法步驟可概括如下：

第一步，選取初始權(quán)值、閾值。

第二步，重復(fù)下述過程直至滿足性能要求為止：

（1）對于學(xué)習(xí)樣本P=1到N

①計算每層各節(jié)點j的輸出yj，netj和的值（正向過程）；

②對各層從M層到第二層，對每層各節(jié)點反向計算%]j（反向過程）；

（2）修改權(quán)值

具體推導(dǎo)過程見參考文獻(xiàn)4。

3基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的實例

3.1函數(shù)逼近

我們設(shè)計一個簡單的BP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對非線性函數(shù)的逼近。通過改變該函數(shù)的參數(shù)以及BP網(wǎng)絡(luò)隱層神經(jīng)元的數(shù)目，來觀察訓(xùn)練時間以及訓(xùn)練誤差的變化時間。將要逼近的非線性函數(shù)設(shè)為正弦函數(shù)，其頻率參數(shù)k可以調(diào)節(jié)。假設(shè)頻率參數(shù)k=2，繪制此函數(shù)的曲線。如圖1。

（1）網(wǎng)絡(luò)建立：用MATLAB編程建立BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為二層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。隱層神經(jīng)元數(shù)目n 可以改變，暫時設(shè)為n=10，輸出層有一個神經(jīng)元。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練采用Levenberg-Marquardt算法trainlm。

分析：因為建立網(wǎng)絡(luò)時，權(quán)值和閾值的初始化是隨機的，所以網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果很差，根本達(dá)不到函數(shù)逼近的目的，并且每次運行的結(jié)果也有所不同。

（2）網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：在MATLAB里應(yīng)用train（）函數(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練之前，需要預(yù)先設(shè)置訓(xùn)練參數(shù)。將訓(xùn)練時間設(shè)置為50，訓(xùn)練精度設(shè)置為0.01，其余參數(shù)用默認(rèn)值。

（3）網(wǎng)絡(luò)測試：對于訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，繪制網(wǎng)絡(luò)輸出曲線，并與原始非線性函數(shù)曲線相比較，結(jié)果如下圖2。

由此可看出，得到的曲線和原始的非線性函數(shù)曲線很接近。這說明經(jīng)過訓(xùn)練后，BP網(wǎng)絡(luò)對非線性函數(shù)的逼近效果非常好。

（4）討論分析：改變非線性函數(shù)的頻率和BP網(wǎng)絡(luò)隱層神經(jīng)元的數(shù)目，對于函數(shù)逼近的效果有一定的影響。網(wǎng)絡(luò)非線性程度越高，對BP網(wǎng)絡(luò)的要求越高，則相同的網(wǎng)絡(luò)逼近效果要差一些；隱性神經(jīng)元的數(shù)目對于網(wǎng)絡(luò)逼近效果也有一定的影響，一般來說隱形神經(jīng)元數(shù)目越多，則BP網(wǎng)絡(luò)逼近非線性函數(shù)的能力越強，同時網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練所用的時間相對來說也要長一些。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆志忠.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的改進(jìn)及其應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2003.

[2] 李友坤.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究分析及改進(jìn)應(yīng)用[D].安徽理工大學(xué)，2012.

[3] 吳昌友.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究及應(yīng)用[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2007.

bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)范文第2篇

關(guān)鍵詞:BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);學(xué)習(xí)過程;模式識別;旋轉(zhuǎn)機械;故障診斷

中圖分類號:TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)15-3982-02

The Study and Application of the BP Neural Network

HOU Zhi-bin, WEN Bi-teng, PENG-Hua, LI Chun-hou

(Department for Graduate Students of Artillery Academy, Hefei 230031,China)

Abstract: The manual NN as a highly integrated chiasma subject. Most of models about NN are adopting the BP network and the changed form at the practical appliance, which is also the hard core of forward network, incarnating the essential part of NN. The paper introduces the studying process of the BP network and uses the BP network for the mechanical failure diagnoses as assorted organ in the mode identification.

Key words: BP neural network; studying process; mode identification; revolving machine; failure diagnoses

1 引言

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一門高度綜合的交叉學(xué)科,它的研究和發(fā)展涉及神經(jīng)生理學(xué)、數(shù)理科學(xué)、信息科學(xué)和計算機科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿生物腦結(jié)構(gòu)和功能的一種信息處理系統(tǒng),雖然目前的模仿還處于低水平,但已顯示出一些與生物腦類似的特點:1) 大規(guī)模并行結(jié)構(gòu)與信息的分布式存儲和并行處理,克服了傳統(tǒng)的智能診斷系統(tǒng)出現(xiàn)的無窮遞歸、組合爆炸及匹配沖突問題,它特別適用于快速處理大量的并行信息。2) 具有良好的自適應(yīng)性,系統(tǒng)在知識表示和組織、診斷求解策略與實施等方面可根據(jù)生存環(huán)境自適應(yīng)、自組織達(dá)到自我完善。3) 具有較強的學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想、識別功能,系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境提供的大量信息,自動進(jìn)行聯(lián)想、書記及聚類等方面的自組織學(xué)習(xí),也可在導(dǎo)師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)特定的任務(wù),從而達(dá)到自我完善。4) 具有很強的容錯性,當(dāng)外界輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的信息存在某些局部錯誤時,不會影響到整個系統(tǒng)的輸出性能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在信號處理、模式識別、目標(biāo)跟蹤、機器人控制、專家系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識等眾多領(lǐng)域顯示出其極大的應(yīng)用價值,作為一種新的模式識別技術(shù)或一種知識處理方法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機械故障診斷中顯示了其極大應(yīng)用潛力。

目前,在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用中,絕大部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是采用BP網(wǎng)絡(luò)和它的變化形式,它也是前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分,體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最精華的部分。本文介紹BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程以及從模式識別角度應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類器進(jìn)行機械故障診斷。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程

有多層感知器可知,輸入層中人以神經(jīng)元的輸出為輸入模式分量的加權(quán)和。其余各層中,設(shè)某一層中任一神經(jīng)元j輸入為netj,輸出為yi,與這一層相鄰的低一層中任一神經(jīng)元i的輸出為yi。則有

如式(5)和式(6)所示,輸出層中神經(jīng)元的輸出誤差反向傳播到前面各層,以各層之間的權(quán)值進(jìn)行修正。

3 旋轉(zhuǎn)機械故障的訓(xùn)練

表1是一組旋轉(zhuǎn)機械故障的訓(xùn)練示例,表內(nèi)的值表示各訓(xùn)練示例的特征值大小,其取值區(qū)間為[0,1],如在不平衡訓(xùn)練示例中,0~1/4倍頻的振動幅值的當(dāng)量值為0;1/4~3/4倍頻的振動幅值的當(dāng)量值為0;3/4~1倍頻的振動幅值的當(dāng)量值還為0;1倍頻的振動幅值的當(dāng)量值為0.9;2倍頻的振動幅值的當(dāng)量值為0.1;等等,其余類推。

將這些故障訓(xùn)練示例輸入到一個具有8個輸入節(jié)點,8個中間層節(jié)點和3個輸出層節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中,經(jīng)過1200次迭代,形成了一個網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)的記憶效果如表2所示,經(jīng)過12000次迭代形成網(wǎng)絡(luò)的記憶效果如表3所示。

表2中第一行表示,當(dāng)輸入一組不平衡故障時,得出該故障的置信度為0.94,而其他故障幾乎為0;第二行表示,當(dāng)輸入一組油膜渦動故障時,得出該故障的置信度為0.96,而其他故障幾乎為0;第三行表示,當(dāng)輸入一組不對中故障時,得出該故障的置信度為0.90,而其他故障幾乎為0。表3中的結(jié)果有所改進(jìn),其值已趨于穩(wěn)定。通過比較表2和表3,可看出訓(xùn)練中迭代次數(shù)越多,所得到的網(wǎng)絡(luò)越能夠更好的聯(lián)想出訓(xùn)練示例。但訓(xùn)練次數(shù)不宜過長,只要滿足精度要求,訓(xùn)練次應(yīng)盡可能少,以減少訓(xùn)練時間。

4 結(jié)論

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿生物腦結(jié)構(gòu)和功能的一種信息處理系統(tǒng),并且已經(jīng)在信號處理、模式識別、目標(biāo)跟蹤、機器人控制、專家系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識等眾多領(lǐng)域顯示出其極大的應(yīng)用價值。文章介紹了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程,并給出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷中的應(yīng)用。作為一種新的模式識別技術(shù)或一種知識處理方法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機械故障診斷中顯示了其極大的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn):

[1] 王江萍.機械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2001.

[2] 盛兆順,尹琦嶺.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[3] 溫熙森.模式識別與狀態(tài)監(jiān)控[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社,1997.

[4] 李孝安.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與神經(jīng)計算機導(dǎo)論[M].西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社,1994.

bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)范文第3篇

1.1事件的選取和回顧在實證分析中以“寧波PX事件”為預(yù)警模型的最終目標(biāo)，而選擇了“廈門PX事件”和“昆明PX事件”為學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)。這一連串關(guān)于PX事件其危害的對象不僅僅是政府形象更是對整個社會和諧穩(wěn)定造成了較大的影響。尤其是寧波PX事件中，甚至出現(xiàn)了不理智的因受謠言的蠱惑沖擊政府機關(guān)掀翻執(zhí)勤警車的情況。倘若能及時且準(zhǔn)確地對此類事件進(jìn)行預(yù)警并作出相應(yīng)的預(yù)防措施就能對事件進(jìn)行有效的控制。

1.2指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取對于所建立的模型而言其關(guān)鍵不僅僅在于預(yù)警模型的指標(biāo)的建立和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別。其數(shù)據(jù)的獲取亦是十分關(guān)鍵的一步。根據(jù)各個數(shù)據(jù)的特點，整理各個指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取方式如下。將廈門PX事件和昆明PX事件作為一個學(xué)習(xí)樣本，其數(shù)據(jù)清單如表3所示。同樣將模型的預(yù)警目標(biāo)——“寧波PX事件”作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)清單如表4所示。

1.3輸入數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理網(wǎng)絡(luò)輿情危機預(yù)警指標(biāo)體系中有5個預(yù)警指標(biāo),其中存在定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩大類，并且對各個指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了量化處理,然而各個指標(biāo)的單位的量綱是不同的，為了能夠?qū)Ω鱾€指標(biāo)進(jìn)行對比評分,需要將它們進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化得到[0,1]無量綱指標(biāo)。量化的指標(biāo)均有正負(fù)方向均有正負(fù)方向之分，自然這些數(shù)據(jù)的標(biāo)注化方法均有不同：1)正向指標(biāo)處理:正向指標(biāo)表示值越大越安全，危機等級越小無量綱化以最小值為基準(zhǔn),正向無量綱化處理方程:2)負(fù)向指標(biāo)處理:負(fù)向指標(biāo)在文章中表示指標(biāo)值越小越安全,危機等級越小。無量綱化以最大值為基準(zhǔn),負(fù)向的無量綱化處理方程:其中,X表示量化后的指標(biāo)值,xmin表示指標(biāo)的最小值,xi表示指標(biāo)的實際值，xmax表示指標(biāo)的最大值。

2輿情預(yù)警模型的建立及結(jié)果

2.1模型的建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一個典型的“輸入-處理-輸出”的過程。輸入是采集到的指標(biāo)的實際值,輸出是模型識別的結(jié)果,即預(yù)警的敏感度,而中間過稱則采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行學(xué)習(xí)計算,這部分相當(dāng)于“黑匣子”。在處理的時候，該文采用三層BP網(wǎng)絡(luò)(一個輸入層、一個隱含層、一個輸出層)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),那么輸入、輸出節(jié)點數(shù)分別是5和1[8]。在設(shè)置完參數(shù)之后用第四章所講述的利用Matlab軟件完成模型的建立。

2.2結(jié)果及檢驗通過搜集得到的數(shù)據(jù)匯編成的學(xué)習(xí)樣本，并將其中的70%作為樣本，30%作為檢驗樣本進(jìn)行。通過計算可以得到該表，從該表中容易得到，學(xué)習(xí)過程中準(zhǔn)確率達(dá)到了91.76%。并在測過程中抽取了5項進(jìn)行預(yù)測，得到的準(zhǔn)確率為92.31%，其較高的準(zhǔn)確率。因此有理由認(rèn)為該模型在未來的預(yù)測過程中其準(zhǔn)確率應(yīng)該達(dá)到90%以上。

3研究結(jié)論

bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)范文第4篇

關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字識別；特征提取

中圖分類號：TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）14-3362-04

1 概述

數(shù)字識別在車輛牌照識別、銀行支票識別和郵政儲蓄票據(jù)識別等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因而成為研究人員近年來研究的一個焦點[1]。而人腦神經(jīng)系統(tǒng)模型的建立為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生提供了理論模型依據(jù)， 使其具有模擬人腦部分形象思維的能力[2]，因而使其成為人工智能技術(shù)的重要組成部分和常用方法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由簡單信息處理單元相互連接組成，通過簡單處理單元間的相互作用來實現(xiàn)對其所接收信息的處理。而隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，其為解決模式識別鄰域的相關(guān)問題提供了新的解決思路和方法，其突出的優(yōu)點在于它具有對接收信息可進(jìn)行并行分布式處理能力和自我學(xué)習(xí)反饋能力，因而吸引了眾多研究人員對其進(jìn)行廣泛和深入的研究。而誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)（Back-Propagation），即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種典型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的所有優(yōu)點，因而在眾多技術(shù)鄰域有著廣泛的應(yīng)用[3]。該文首先對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，在分析了其基本原理的基礎(chǔ)上，針對數(shù)字識別問題，設(shè)計了一種利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字識別的方法。經(jīng)實驗表明，該方法合理可行，且其識別效果正確有效。

2 相關(guān)原理與知識

由于本文針對數(shù)字識別問題，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對其進(jìn)行方法設(shè)計和實現(xiàn)，首先必須了解BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，即了解其具體構(gòu)成形式、模型分類和其功能特點。其次，在了解了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解其所處理數(shù)據(jù)的特點和組成形式，并根據(jù)處理數(shù)據(jù)的特點和其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計相應(yīng)的數(shù)字識別方法。下面分別對它們進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法由數(shù)據(jù)信息流的前向計算，即正向信息流的正向傳遞，誤差信息的反向回饋兩個部分組成。當(dāng)信息流進(jìn)行正向傳遞時，其傳遞方向為從輸入層到隱層再到輸出層的順序，器每層神經(jīng)元所處的狀態(tài)只會影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)。若在最后的輸出層沒有得到理想的輸出信息，則應(yīng)立即進(jìn)入誤差信息的反向回饋過程[6]。最終經(jīng)過這兩個過程的相互交替運行，同時在權(quán)向量空間使用誤差函數(shù)梯度下降策略，動態(tài)迭代搜索得到一組權(quán)向量，使得該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差函數(shù)值達(dá)到最小，從而完成對信息提取和記憶過程[7]。

2.2 BMP二值圖像文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由于本文處理的數(shù)據(jù)源為BMP二值圖像，則必須了解其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，才能對其進(jìn)行進(jìn)一步的識別方法設(shè)計。由數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識可知，常見BMP二值圖像文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由以下三部分組成：（1）位圖文件頭，其包含了BMP二值圖像的文件類型、文件大小和位圖數(shù)據(jù)起始位置等信息；（2）位圖信息頭，它包含了BMP二值圖像的位圖寬度和高度、像素位數(shù)、壓縮類型、位圖分辨率和顏色定義等信息；（3）位圖數(shù)據(jù)體，其記錄了位圖數(shù)據(jù)每一個像素點的像素值，記錄順序在掃描行內(nèi)是從左到右，掃描行之間是從下到上。因此，根據(jù)BMP二值圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息，讀出所需要的圖像數(shù)據(jù)，并對這些圖像數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理。在本文給定的訓(xùn)練圖像中，圖像數(shù)據(jù)大小為80個字節(jié)，而圖像數(shù)據(jù)體距離其文件頭的偏移量為62個字節(jié)。但為了減少數(shù)據(jù)處理數(shù)量，該文在進(jìn)行實驗時直接使用位圖數(shù)據(jù)體中的數(shù)據(jù)，沒有通過讀出位圖文件頭來得到位圖數(shù)據(jù)體中的數(shù)據(jù)。

3 數(shù)字識別具體設(shè)計方法

由上文可知，該文使用數(shù)據(jù)源為圖像大小為20*20的BMP二值圖像，由于是對位圖數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行操作，因此省去了對圖像其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的繁雜處理過程，將問題的核心轉(zhuǎn)向BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法步驟。

4 實驗結(jié)果

圖4所示為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及測試結(jié)果圖。該文選擇10個訓(xùn)練樣本，通過實驗結(jié)果可以看出，由這10個訓(xùn)練樣本訓(xùn)練出來的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于訓(xùn)練樣本中的圖像數(shù)值識別率達(dá)100%，訓(xùn)練時間也比較短，其迭代次數(shù)大概為700次左右。對于一些含有噪聲的圖片，只要噪聲系數(shù)小于0.85個字符，其數(shù)字識別率可達(dá)96%。

5 結(jié)束語

針對二值圖像數(shù)字識別問題，該文在對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行分析后，設(shè)計了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字識別方法，并通過實驗驗證了該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)字識別的可行性和有效性。而對于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在的收斂速度慢、易陷入局部最優(yōu)和學(xué)習(xí)、記憶具有不穩(wěn)定性等問題，還有待于對其進(jìn)行一步研究。

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bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)范文第5篇

關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 小波變換； 目標(biāo)識別； 數(shù)據(jù)融合

中圖分類號：TN91934 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10010003

戰(zhàn)場目標(biāo)識別一直是重要的研究課題，只用正確的識別目標(biāo)，才能有效地采用克敵制勝的方法。多年以來，科學(xué)家為研究識別目標(biāo)的方法，投入了大量的精力。最主要的方法是通過目標(biāo)的外形進(jìn)行識別，然而這很容易受到目標(biāo)各種外形特征的影響，而且通過偽裝和遮蔽，大大增加了通過圖像識別目標(biāo)的難度。另外也可以通過采集目標(biāo)運動產(chǎn)生的地震動信號對目標(biāo)進(jìn)行識別。不同類型地面目標(biāo)行進(jìn)產(chǎn)生的地震動信號具有不同的頻率和能量特征［1］。通過數(shù)據(jù)采集得到這些信號，然后利用小波分析，得到地震動信號的特征向量，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器完成目標(biāo)識別［2］。由于所有的檢測信號都來源于目標(biāo)本身，不會由于發(fā)射偵測信號被目標(biāo)識別，屬于被動目標(biāo)識別方法，大大增加了隱蔽性。通過應(yīng)用最新的信號分析處理方法和識別技術(shù)，能極大地提高識別效果和識別準(zhǔn)確率。

1 數(shù)據(jù)采集和信號處理

1.1 測試系統(tǒng)組成

整個測試系統(tǒng)包括震動傳感器、電荷放大器、PXI數(shù)據(jù)采集儀。采集系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。為了提高信號質(zhì)量，在采集之前增加了濾波電路。

所有的數(shù)據(jù)采集都是由PXI數(shù)據(jù)采集儀完成的。它來自地震動傳感器的信號（頻率較高）和頻率為24.8 MHz的RF信號混合調(diào)制。為了減小雜波噪聲，在量化的時候，通過一個低通濾波器將高于2 MHz的信號去除。PXI數(shù)據(jù)采集儀的內(nèi)部包含數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率為1 MHz，設(shè)定采樣2 s的數(shù)據(jù)。采樣得到的數(shù)據(jù)為WAV格式，能夠通過外部音響播放出來。采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MAT格式后，使用Matlab完成離線信號處理，包括解調(diào)和頻譜計算。

圖1 測試系統(tǒng)構(gòu)成1.2 信號消噪

通過數(shù)據(jù)采集得到的信號通常包含各種噪聲，必須將信號中的噪聲信號去除。在實際工程中，有用信號通常表現(xiàn)為平穩(wěn)信號，包含在低頻部分，而噪聲信號通常包含在高頻部分。為此采用小波降噪的方法，將高頻部分濾除。小波降噪的原理是首先對信號進(jìn)行小波分解，分解后噪聲包含在高頻分量中，通過門限閾值等形式對小波系數(shù)進(jìn)行處理，然后對信號進(jìn)行重構(gòu)，即達(dá)到了小波降噪的目的［3］。小波降噪一般分為3個步驟：

（1） 信號的小波分解。選擇一個小波并確定分解的層次，然后進(jìn)行分解運算。

（2） 小波分解高頻系數(shù)閾值量化。對各個分解尺度的高頻系數(shù)選擇一個閾值進(jìn)行閾值量化處理。

（3） 一維小波重構(gòu)。根據(jù)小波分解的底層低頻系數(shù)和各層高頻系數(shù)進(jìn)行一維小波重構(gòu)。

這三個步驟中，最重要的步驟是如何選取閾值和如何進(jìn)行閾值量化，這直接關(guān)系到信號消噪的質(zhì)量［4］。本文采用的是sym8小波進(jìn)行了6層分解，并用Heursure軟閾值進(jìn)行小波系數(shù)閾值量化。

通過對比原始信號(見圖2)和濾波后信號（見圖3）可以看出，濾波后的信號中包含的噪聲信號明顯減少了。這樣就是減少了數(shù)據(jù)量，使后續(xù)的處理更方便，速度更快，結(jié)果更準(zhǔn)確，從而達(dá)到最佳的識別效果。

圖2 原始信號

圖3 濾波信號2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN），也稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是由大量的神經(jīng)元（Neurons）廣泛連接組成的網(wǎng)絡(luò)，是對人腦的抽象和模擬，實現(xiàn)人腦的基本功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過輸入/輸出數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)、算法和結(jié)構(gòu)模型，其自誕生至今，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)能力和并行處理大量數(shù)據(jù)等特點，已經(jīng)在智能控制和模式識別等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是基于誤差信號反向傳播（Error Back Propagation）的多層前饋網(wǎng)絡(luò)(Multiplelayer Feedback Network)，簡稱BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因其可以以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)而廣泛應(yīng)用于函數(shù)逼近、模式識別等領(lǐng)域。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般有一個輸入層，一個隱含層（有時有2個或者更多）和一個輸出層［5］。輸入層和輸出層的神經(jīng)元個數(shù)分別是輸入層和輸出層輸入數(shù)據(jù)的維數(shù)，隱含層的層數(shù)和隱含層節(jié)點的個數(shù)要根據(jù)具體情況而定。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖4所示。

圖4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有n輸入和m輸出。假設(shè)k代表采樣序列，則數(shù)學(xué)上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型代表輸入Xk=(xk1,xk2,…,xkn)T和輸出Yk=(yk1,yk2,…,ykm)T之間的非線性映射，有以下等式：Yk=g(W,Xk)式中：W={wij,i=1,2,…,Ni,j=1,2,…,Nj}是一個權(quán)重矩陣反映層之間的連接；Ni和Nj分別代表i層和j層神經(jīng)元數(shù)目。對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練實際上就是利用訓(xùn)練樣本計算權(quán)重矩陣W。訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算速度會很快，無論問題的復(fù)雜程度如何［6］。

2.2 信號特征分量提取